Un descubrimiento del telescopio James Webb reveló secretos sobre la materia oscura presente en el universo

El telescopio James Webb (JWST), desde su lanzamiento en 2021, ha contribuido a cientos de descubrimientos. Desde una medición más precisa de los niveles de brillo de las estrellas variables cefeidas, hasta imágenes nítidas de galaxias y estrellas gracias a su gran habilidad de captar ondas infrarrojas, sus hallazgos ayudan a los científicos a entender mejor al universo y, sobre todo, a la materia oscura.

En septiembre del 2023, el observatorio espacial descubrió a la galaxia JWST-ER1g. Este sistema inactivo, clasificado de esa manera ya que dejó de formar estrellas hace tiempo, llamó la atención de los astrónomos gracias al anillo de Einstein perfecto que se forma a su alrededor debido a su alta densidad. Un grupo de científicos de la Universidad de California, Riverside (UCR) analizaron la composición de materia oscura de la galaxia, que se habría formado tan solo 3.400 millones de años luego del BigBang, en un nuevo estudio publicado en The Astrophysical Journal Letters.

El científico Hai-Bo Yu, profesor de física y astronomía en la UCR que lideró el equipo, explicó: “JWST nos brinda una oportunidad sin precedentes de observar galaxias antiguas formadas cuando el universo era joven. Esperamos ver más sorpresas del JWST y aprender más sobre la materia oscura pronto”.

¿Qué es un anillo de Einstein?

Es una deformación lumínica, y lleva el nombre del científico alemán, ya que es el resultado del comportamiento gravitacional denominado “lente gravitacional fuerte”, explicado a partir de la teoría de la relatividad. Los cuerpos con una alta densidad son capaces de doblar el espacio-tiempo a su alrededor, lo que también afecta a los rayos de luz. Este fenómeno resulta en el aumento y la desviación del brillo emitido por galaxias o estrellas. Fue confirmado por el astrónomo Arthur Eddington, quien observó a las estrellas durante un eclipse solar en 1915 y detectó que, debido a la gran masa del sol, sus posiciones aparentes durante el día diferían de sus ubicaciones reales.

Esto ocurre también a mayores escalas entre galaxias muy densas, como lo es JWST-ER1g. En las imágenes captadas por el telescopio James Webb se puede observar una curvatura completa de la luz proveniente de astros que se encuentran detrás suyo.

Una de las particularidades de esta galaxia es su cantidad de materia oscura en comparación con su masa proveniente de componentes estelares. Este tipo de materia es teórica, esto significa que todavía no fue encontrada en un laboratorio, pero los científicos creen que “constituye el 85% de la materia del universo” según el comunicado de prensa de la UCR. JWST-ER1g tiene a su alrededor un halo de esta materia, que es en parte responsable de la distorsión de la luz.

¿Cuáles fueron los resultados del análisis?

A la masa total de JWST-ER1g, los astrónomos le restaron su masa estelar para lograr conocer la cantidad de materia oscura que se encuentra dentro del radio del anillo de Einstein. Daneng Yang, investigador postdoctoral de la UCR y coautor del artículo, comenta que “este objeto de fuerte lente es único porque tiene un anillo de Einstein perfecto, del cual podemos obtener información valiosa sobre la masa total dentro del radio de Einstein, un paso crítico para probar las propiedades de la materia oscura”.

Al realizar este cálculo, llegaron a un resultado de cantidad de materia oscura que superaba sus expectativas. “Esto es desconcertante”, expresó Yu. En el artículo publicado por los científicos plantean una de las posibles explicaciones a este suceso.

El estudiante de posgrado de la UCR Demao Kong, explicó el razonamiento que se expresa en el estudio basado en cálculos y datos obtenidos del JWST. Parten de simulaciones con dos tipos teóricos de materias oscuras: la materia oscura fría (CDM), cuyas partículas viajan a una velocidad menor que la luz; y la materia oscura autointeractiva (SIDM), que tendría una capacidad mayor de tener interacciones.

En base a esos modelos, sus resultados los ayudaron a llegar a la siguiente conclusión: “Cuando la materia ordinaria (gas prístino y estrellas) colapsa y se condensa en el halo de materia oscura de JWST-ER1g, puede estar comprimiendo el halo, lo que lleva a una alta densidad. Nuestros estudios numéricos muestran que este mecanismo puede explicar la alta densidad de materia oscura de JWST-ER1g: más masa de materia oscura en el mismo volumen, lo que resulta en una mayor densidad”.

En el estudio, el equipo expresa que “en el futuro, se podrían descubrir más objetos como JWST-ER1 con JWST, y probarían aún más nuestras interpretaciones CDM y SIDM”.